同心筒发射装置导弹燃气流热效应数值模拟

针对某型舰载导弹同心筒发射装置,采用动态网格技术,建立了导弹发射过程中燃气流与发射筒之间的流固耦合换热模型。模型中考虑了导弹在发射筒内运动引起的燃气流场边界的变化。通过对燃气流非稳态传热的数值模拟,得到了发射筒内燃气流及筒壁的温度分布规律,为发射筒的热强度设计提供依据。

新型变截面同心筒发射装置及其热环境气动原理研究

为了更好地改善同心筒导弹垂直发射装置工作时导弹所面临的热环境,分析了影响筒口处燃气温度的因素和出口燃气温度降低过程中的气体动力学原理,并首次从能量守恒的角度分析了以前科研人员在降低出口燃气温度方面所做的研究工作,解释了各种降温方案的原理。还提出了一种变截面同心筒的设计方案,即将同心筒内外筒的间隙设计成收缩-扩张形状(类似于拉瓦尔喷管),利用此变截面同心筒对气流的加速作用来提高燃气的出流速度,以达到降低高温燃气温度的目的。文中用FLUENT对设计结构进行了二维数值模拟,验证了可行性,显示出此方案可在一定程度上改善导弹工作时的热环境。

注水角度对同心筒发射装置降温影响研究

针对某新型同心筒发射过程中存在的热载荷问题,采用筒底持续注水方式对发射装置进行降温,可以有效降低发射过程中燃气对发射装置的热冲击作用。计算中采用RNG k-ε湍流模型和mixture多相流模型求解气液两相流场,建立了考虑导弹运动的三维同心筒发射燃气射流冲击模型,对不同注水角度的湿式同心筒发射装置热物理场进行了分析研究。结果表明,当注水角度为30°时,发射装置内筒外壁面和外筒内壁面的温度最低,燃气对发射装置的热冲击最小。研究结果可为同心筒降温装置设计提供参考。

同心筒发射燃气流二次燃烧数值研究及导流板结构改进

针对同心筒热发射燃气射流二次燃烧冲击效应问题,采用3阶精度的MUSCL格式求解11组分12步基元化学反应动力学模型,弹体运动运用域动分层网格更新方法,数值模拟了同心筒发射H2/CO混合燃气流场。在燃气自由射流二次燃烧数值模拟结果与文献实验数据对比验证的基础上,分析了同心筒发射燃气流含化学反应的流动特点,以及在导弹出筒时筒口导流板结构对弹体的影响。数值结果表明:在筒外燃气与空气混合区域出现明显的二次燃烧,而在筒内二次燃烧几乎可以忽略;当弹底出筒后,从内外筒间隙排除的燃气、导弹尾部燃气射流和弹底之间相互干扰,形成反溅激波;反应流流场轴线温度高于冻结流和单一组分流流场轴线温度;导流板结构能明显降低弹体表面温度,其高度最优值在1.5倍内外筒间隙附近。研究结果对同心筒发射装置结构优化设计具有一定理论参考意义。

新型同心筒自力发射热环境优化设计

针对新型路基同心筒自力发射热环境评估与优化设计问题,依托弹性变形和域动分层结合的动网格技术,求解了二维轴对称N-S方程,分析了"中段导流"同心筒动态热环境特性,确定了热环境评价指标;通过建立以优化拉丁超立方实验设计和四阶响应面为理论基础的近似数学模型,解决了CFD自动建模困难、直接寻优计算量大的难点;利用多岛遗传和梯度优化算法搭建组合优化策略平台,克服了流场在不同热结构条件下的强非线性问题,并构建了支持近似数学模型的热环境优化构架。对比数值结果表明,倒吸进入内筒的低温气体有力改善了同心筒热环境;建立的近似数学模型精度较高,满足工程需求;优化后,热环境特性发生良性变化,导弹总体热环境得到显著改善。

气泡弹性对同心筒水下发射影响研究

潜射导弹自同心筒装置发射过程中在筒口处会形成燃气泡,由于气泡在水下的弹性效应,水气耦合作用导致气泡周期性地膨胀压缩,会对导弹弹道参数、受载特性产生一定影响。以CFD为技术手段,建立了导弹水下发射动态仿真模型,通过数值模拟获得了发射过程中多相流场、导弹弹道参数及受力的时间历程曲线,分析了气体弹性效应对参数变化的影响;并针对发射深度及其发射艇速对气泡弹性效应的影响进行了仿真分析,给出了其影响规律。仿真方法和结果对工程研究有一定参考价值。

同心发射筒燃气开盖技术

为实现导弹自力发射时同心发射筒前盖自动向一侧开启,讨论了4种燃气开盖方案:易碎盖方案、内外筒偏心盖方案、半导流锥方案和各向异性材料发射筒盖方案,并用数值方法模拟了各种方案的筒内复杂三维流场.计算结果表明4种方案均具有可行性.经试验验证,各向异性材料的发射筒盖方案能按预先期望的方向整体飞出.

新型优化同心筒自力发射流场机理与降温效果

针对同心筒自力发射结构优化与热环境改善的问题,基于雷诺平均方程及轴对称N-S方程,依托弹性变形和网格再生成方法结合的动网格技术,对3种不同结构形式同心筒发射装置的二维轴对称流场进行了非定常数值计算,得到了不同结构条件下动态的流场机理及导弹热环境特性。计算结果显示:导流器方案能实现燃气流迅速顺利排导;筒底收缩段设计能有效遮挡反溅燃气流;筒口导流板结构较好抑制了内筒的"倒吸效应",确保导弹和内筒的热安全;揭示了优化同心筒的流场结构与降温机理,可为相关研究提供参考。

同心筒式发射时筒内流场机理及内外筒间隙的影响

战术导弹同心筒发射装置(concentric can ister launcher,CCL)是舰载导弹新一代垂直发射装置.其内外筒间隙、导弹发动机喷口与筒底的距离、导流锥的高度与型面半径、底板的形状与尺寸等参数都会对筒内流场产生影响.针对内外筒间隙这一影响流场的关键结构参数,利用先进的大型流体力学软件F luent对不同间隙时的筒内超声速流场进行了三维数值模拟,并对流场的流动机理及参数分布进行了分析,给出了研究结论,为工程设计提供了理论依据.

基于k-ω SST模型的同心筒发射装置流场数值模拟

围绕同心筒发射装置流场数值模拟及结构优化展开研究,流场数值模拟基于轴对称Navier-Stokes(N-S)方程、k-ω shear stress transfer(SST)湍流模型,并运用域动分层动网格方法,以同心筒初始方案为参照,研究了同心筒发射过程的动态流场,在此基础上,分别对内筒收敛段的收敛角度以及筒口扩张段的扩张角度进行了优化研究,研究结果表明:内筒收敛段使得燃气排导更为通畅,筒内的热环境有所改善,并且内筒收敛段起到了一定的防喷作用,收敛角越大,筒底热环境越好;筒口扩张段对发射过程动态流场也有明显影响,收敛角为15°,扩张角为20°时,导弹从开始发射到完全出筒过程中热环境最为良好。

湿式发射对同心筒瞬态热冲击的影响机理

针对路基同心筒自力发射整体热环境恶劣的问题,依托弹性变形和域动分层相结合的动网格技术,基于均质多相流理论并耦合液态水专用汽化求解程序,建立在发射筒底部注水的三维气液两相流体动力学模型;以火箭发动机自由射流注水实验为基础,验证汽化程序三维计算的可靠性与有效性;通过瞬态数值计算,讨论筒底注水角度对导弹、内外筒热环境和导弹载荷特性的影响规律。分析表明:发射筒内发生了显著的汽化反应;导弹及发射系统总体热环境得到了显著改善,实现了发射系统持续降温的目的;在筒底注水后,弹底的附加推力及火箭发动机的推力有一定增加,随着注水量的减少,注水对导弹载荷的影响越来越弱。

一种异型同心筒发射装置的排导性能仿真研究

为解决"大弹径、有翼导弹"的发射技术难题,提出了一种"外方内圆"非规则异型同心筒发射装置结构,并采用三维N-S方程、雷诺平均湍流模型和动网格技术对有翼导弹非定常发射过程的燃气排导性能进行数值仿真,获得导弹发射过程中燃气流场流动规律。研究结果表明:内外筒腔和导流锥处燃气流动状态良好,且异型同心筒发射装置的排导效率达到97.8%,可实现燃气的顺利排导,同时,仿真计算得到的压强、温度等流动参数与1∶1状态的地面试验结果保持一致,验证了仿真计算的可靠性。计算结果可为异型结构同心筒发射装置的工程应用可行性提供理论支撑。

战斧导弹厚壁式同心筒发射装置的机械设计分析

本研究介绍了用于战斧限制性点火试验的厚壁式同心筒发射装置的结构计算。发射装置各组件上的负载源于内部压力、温度和发动机推力。文章根据这些负载确定了各组件的大小并预测了其安全系数。试验用发射筒在推力和压力负载方面采用了安全设计方案。本研究的重点是结构上的热负载 ,因为高热应力可能使上气道下部产生局部弯曲变形。另外 ,在一维流体计算中未计及的局部“过热点”

新型车载同心筒流场机理与热环境研究

针对路基车载同心筒自力发射系统热环境评估与改善的问题,基于雷诺平均方程及二阶AUSM格式,依托弹性变形和域动分层结合的动网格技术,对不同结构的同心筒二维轴对称流场进行了非定常数值计算,分析了不同结构条件对流场机理及热环境特性的影响,列举了传统优化同心筒自力发射方案;提出了一种适宜路基发射环境的新型同心筒概念。对比的动态数值结果表明,和传统优化方案相比,该新型同心筒大大降低了导弹周围气体的温度,有力改善了高温燃气流进入内筒的"倒吸效应";倒吸进入内筒的低温气体对导弹起到了很好的气冷保护作用;低温气体和燃气混合,改善了外筒的热环境。

新型路基同心筒热冲击机理与热环境影响因子

针对新型同心筒自力发射高速热冲击载荷下热环境评估与影响因子决策问题,结合弹性变形和域动分层结合的动网格技术,求解了二维轴对称Navier-Stokes方程,分析了新型路基同心筒流场机理与热冲击特性,并确定了热环境评价指标;通过建立以优化拉丁超立方试验设计和径向基神经网络为理论基础的近似数学模型,解决了CFD自动建模困难、计算量大的难点;结合径向基神经网络训练方法,对导弹热环境的影响因子进行了智能决策研究。分析表明:倒吸进入新型同心筒内筒的低温气体有力改善了同心筒热环境;建立的近似模型精度较高,满足工程需求;对导弹热环境的影响因子从大到小依次为筒底导流板直径、筒底导流板长度、导流器高度;为导弹热环境多学科优化设计提供参考。

新型车载同心筒复燃机理与热环境研究

针对新型车载同心筒自力发射系统热环境评估的问题,基于二阶AUSM格式,依托弹性变形和域动分层结合的动网格技术,采用H2-CO-HCL反应体系17步基元反应的化学反应动力学模型,求解了动态的轴对称复燃流场。数值结果表明,导弹启动之前,内筒出现了燃气向上运动的"引射效应",燃气和内筒空气发生复燃现象;导弹启动后期,内筒出现了富氧气体倒吸进入内筒的"倒吸效应",加剧了内外筒的化学反应;化学反应流的温度比单组份流高800K左右。

两类适配器对导弹出筒动力学响应的影响

导弹适配器是发射装置中的重要结构,影响导弹的出筒稳定性。针对某型同心筒倾斜发射装置,研究两类适配器对导弹发射动态响应的影响。建立非线性动力学方程,基于有限元理论对导弹质心动态响应、摩擦阻力及适配器压缩量进行仿真分析。结果表明:典型三层式适配器使导弹具有更好的动态稳定性,对导弹的旋转具有一定的限制作用;适配器摩擦力峰值F_(max)=337 N,补偿层最大应变ε_(max)=0.27,其接触参数均在安全的工作范围内;在不考虑适配器质量及加工工艺因素下,典型三层式适配器更有利于某型同心筒倾斜发射导弹的出筒稳定性。

导弹水下发射装置的发射动力学环境

利用同心筒发射装置可以在无需对导弹进行改进的情况下实现潜艇水下发射导弹。利用火箭燃气射流可以使导弹在飞出海水期间处于干燥的通道中。这种水下导弹发射装置方案最初通过计算机模拟验证,建造了一个小比例发射装置并在水池里进行了试验,对射流轨迹和发射环境进行了研究。